2018年38卷4期

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2018-04-目录
2018, 38(4): 1-2.
[摘要](232) [HTML全文] (184) [PDF 268KB](22)
摘要:
先进镁合金
高强塑积镁稀土合金的研究进展
李扬欣, 曾小勤
2018, 38(4): 1-9. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001012
[摘要](229) [HTML全文] (96) [PDF 781KB](11)
摘要:
镁稀土合金通常具有优良的室温和高温力学性能,良好的高温蠕变性能和耐腐蚀性等,已成为越来越受瞩目的镁合金研究体系,并在航空航天、电子通讯、汽车等领域得到了广泛应用。目前为止,国内外所研发的镁合金大多表现出了“强度与塑性匹配性较差”这样一个特点。本文综述了高强塑积镁稀土合金的研究进展,尤其是含长周期堆垛有序结构相(long period stacking ordered phase,LPSO相)的Mg-RE-X系合金的研究现状,未来研发高强塑积镁稀土合金亟待解决的三大关键科学问题为:(1)多维度结构单元的形成机制及其微纳力学行为;(2)基于多晶取向相关与界面应变协调的强韧化机制;(3)高强塑积镁稀土合金组织与性能的演变规律与调控机制。
高塑性铸态镁合金研究进展
蒋斌, 刘文君, 董含武, 程仁菊, 张娜, 潘复生
2018, 38(4): 10-25. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001011
[摘要](292) [HTML全文] (86) [PDF 635KB](5)
摘要:
铸态金属结构材料具有足够的塑性是后续进行变形加工以提高综合力学性能的前提,开发塑性相对较好的铸态镁合金,对于变形镁合金的多样化发展和扩大应用范围,具有重要的意义。本文综述了Mg-Al、Mg-Li、Mg-Zn、Mg-RE(稀土)等系列镁合金中塑性相对较好的铸态合金的研究情况,总结了熔铸工艺等的影响。铸态镁合金塑性的提高,多是合金化元素带来的晶粒细化与第二相弥散强化两种作用的综合结果;多种元素复合微合金化的方法更有优势;热处理也能进一步优化合金性能,快冷铸造、外加电磁场等熔铸工艺和方法也有不错的效果,值得在生产中推广使用。
镁基复合材料研究进展及新思路
何阳, 袁秋红, 罗岚, 京玉海, 刘勇
2018, 38(4): 26-36. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001013
[摘要](463) [HTML全文] (164) [PDF 648KB](15)
摘要:
镁合金是最轻的金属结构材料,然而其强度低、塑性和耐腐蚀性能差,严重限制了其作为轻金属材料在工程领域中的广泛应用。镁基复合材料因具有比强度高、比刚度高、比模量高、质量轻等优异特性,被认为是目前提高镁合金力学性能、实现其工业化应用最具优势的途径之一。本文着重介绍了碳纳米管、石墨烯、SiC等增强镁基复合材料研究现状。从增强体分散、界面结合及其结构稳定性等方面深入分析了目前镁基复合材料存在的瓶颈;从增强体表面改性、基体合金设计、复合材料制备工艺等方面探索了镁基复合材料的设计新思路;提出了镁基复合材料的发展趋势与研究方向。
综述论文
金属-金属间化合物叠层复合材料研究进展
孔凡涛, 孙巍, 杨非, 王晓鹏, 陈玉勇
2018, 38(4): 37-46. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000204
[摘要](285) [HTML全文] (153) [PDF 2452KB](20)
摘要:
金属-金属间化合物叠层复合材料既可以保留金属间化合物的高温强度,又可以继承金属在室温下的良好的塑性和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述了Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系、Nb-Al系及其他常见金属-金属间化合物叠层材料的研究现状,并着重介绍了其常用制备方法,如热压复合法、爆炸焊接法、放电等离子烧结法等,分析了每种制备方法的优缺点。同时从内、外部两个方面归纳总结了金属-金属间化合物叠层材料增韧机理。最后分析了金属-金属间化合物叠层复合材料现阶段研究存在的问题,并认为Ti-Al系叠层复合材料仍将是未来研究的重点。如何进一步提升金属-金属间化合物叠层复合材料的室温塑性和韧性,深入探讨复合材料的增韧机理,优化制备工艺,是金属-金属间化合物叠层复合材料能否实现工程化应用的关键。
形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展
任天宁, 朱光明, 聂晶
2018, 38(4): 47-55. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000159
[摘要](382) [HTML全文] (205) [PDF 912KB](17)
摘要:
形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。
高强韧钛合金热加工技术与显微组织
王欢, 赵永庆, 辛社伟, 周伟, 李倩, 张思远
2018, 38(4): 56-63. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000193
[摘要](170) [HTML全文] (84) [PDF 981KB](10)
摘要:
高强韧钛合金作为结构材料在航空航天等领域中具有不可或缺的地位,是钛合金发展最为重要的方向之一。高强韧钛合金的主要热加工方式是锻造。锻造的目的主要是:细化晶粒和调控组织形态,以最大限度满足合金对塑性与韧性的综合性能要求。晶粒细化主要发生在开坯锻造和改锻阶段,通过控制锻造温度和变形量,影响合金组织的静态和动态再结晶过程。组织形态调控主要发生在成品锻阶段,通过控制钛合金锻造过程中的锻造温度,控制合金的相变形式而调控所需要的组织形态。本文综述了高强韧钛合金热加工方面的研究进展,从细化晶粒和调控组织形态两方面总结了热加工对显微组织结构的影响。
研究论文
Mo含量对IN718合金组织和力学性能的影响
韩大尉, 孙文儒, 于连旭, 刘芳, 张滨, 胡壮麒
2018, 38(4): 64-74. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000025
[摘要](303) [HTML全文] (169) [PDF 1652KB](30)
摘要:
采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段,研究Mo对IN718合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mo抑制晶界δ相析出,当Mo含量高于5.50%时,晶界上不再析出δ相,转而析出白色颗粒状Laves相,Mo含量升高,Laves相析出数量增加;Mo对晶内强化相析出类型无影响,Mo含量升高,盘状γ″相和球状γ′相析出数量无明显变化,但析出尺寸明显减小;经过标准热处理后,Mo略微降低IN718合金的室温抗拉强度和680 ℃屈服强度,但可大幅提高合金680 ℃/725 MPa持久寿命;Mo对合金的持久塑性无明显影响。
铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金的组织和性能影响
王荣, 乐启炽, 王恩刚, 崔建忠, 任政, 程翔宇, 张潇, 朱秀荣, 陈敏
2018, 38(4): 75-81. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000156
[摘要](180) [HTML全文] (79) [PDF 2237KB](9)
摘要:
利用XRD衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉伸测试研究挤压铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金组织和性能的影响。结果表明:挤压铸造合金的相由α-Mg,τ(Mg32(Al, Zn)49)和少量的Al8Mn5相组成,压强变化并不改变第二相的组成;提高挤压铸造压强,合金铸态组织中第二相数量增加,尺寸减小且弥散分布;合金元素分布更均匀,尤其是添加的微量Mn,Ca,有效减轻了合金的枝晶偏析程度;随着挤压铸造压强的增加,合金的强度和塑性也随之提高;压强由0 MPa增加到100 MPa,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别提高了27%,14%,31%和9%;合金的力学性能提高主要是因为随着挤压铸造压强的增加,原子扩散激活能和晶体长大速率下降,冷却速率提高,使得第二相细化且数量增加。
镁合金表面冷喷涂420不锈钢/WC-17Co涂层及其耐磨耐蚀性能
陈杰, 宋惠, 戴宇, 马冰, 郑子云, 贾利
2018, 38(4): 82-86. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000161
[摘要](226) [HTML全文] (75) [PDF 1636KB](10)
摘要:
采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂层和镁合金基材的耐腐蚀性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的420/WC-17Co涂层,冷喷涂420/WC-17Co涂层的显微硬度为(615 ± 62) HV,结合强度为(57 ± 11) MPa,涂层的磨损率为3.3 × 10–6 mm3·N·m,其耐磨性较镁合金基材提高了2个数量级,涂层自腐蚀电流较镁合金基材降低了1个数量级。因此,冷喷涂420/WC-17Co涂层在不产生明显热影响的情况下,可以显著提高镁合金表面的耐磨耐蚀性能,是一种较为理想的镁合金表面强化工艺。
SPS烧结温度对ZrB2-SiC复合陶瓷性能的影响
李麒, 郭丰伟, 曹腊梅, 益小苏
2018, 38(4): 87-92. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000082
[摘要](149) [HTML全文] (96) [PDF 807KB](12)
摘要:
以放电等离子烧结法(spark plasma sintering,SPS)分别在1700 ℃和1900 ℃烧结制备ZrB2-20%SiC(ZS)复合陶瓷(分别简称为ZS1700和ZS1900),通过分析两种陶瓷的SEM、EDS、硬度、断裂韧度、高温弯曲强度、氧化增重和氧化截面等,研究烧结温度对ZS复合陶瓷微观结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:烧结温度由1700 ℃提升至1900 ℃,ZS陶瓷晶粒长大,致密度由98%提高至99.8%,硬度由12.6 GPa提高至14.7 GPa;1600 ℃弯曲强度由101 MPa提高至286 MPa,1800 ℃弯曲强度由138 MPa提高至302 MPa,高温弯曲强度显著提高;与ZS1700相比,ZS1900在1500 ℃空气中的氧化深度小,基体中氧渗入量较少,抗氧化性能有一定提升。
超声振动对纳米SiCp/Al-5Cu复合材料组织与性能的影响
李建宇, 吕书林, 吴树森, 鲁康, 高琦
2018, 38(4): 93-100. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000213
[摘要](320) [HTML全文] (99) [PDF 2232KB](10)
摘要:
结合超声处理、干式高能球磨与挤压铸造工艺制备纳米SiCp/Al-5Cu(质量分数/%,下同)铝基复合材料。研究发现超声振动处理能有效改善纳米颗粒分布。超声振动1 min后,由于声空化与声流作用,大块的颗粒团聚被消除。超声处理5 min后,所有的团聚被分散,颗粒在基体合金中均匀分布。1%纳米SiCp/Al-5Cu复合材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为270 MPa,173 MPa和13.3%,相比于Al-5Cu基体合金,相应地提高了7.6%,6.8%和29%,并且比未超声的复合材料分别提高了27.4%,9.5%和303%。经超声振动处理后的复合材料,其力学性能的提高主要归因于增强相的均匀分布与铝合金基体的晶粒细化。
稀土Y对Sn-58Bi焊料合金组织性能的影响
龚留奎, 廖金发, 袁继慧, 李贵河, 陈辉明
2018, 38(4): 101-108. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000007
[摘要](535) [HTML全文] (201) [PDF 3220KB](29)
摘要:
在真空熔炼炉中采用氮气气氛保护方法熔炼制备不同Y含量的Sn-58Bi-xY(x = 0.0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%(质量分数,下同))合金,研究不同含量的稀土Y对Sn-58Bi合金的组织、熔化特性、润湿性及剪切强度的影响,并分析稀土Y对Sn-58Bi/Cu焊点形成过程及其焊点剪切强度的影响。结果表明:稀土Y能细化Sn-58Bi合金铸态组织,Sn-58Bi-xY合金的组织为富Sn相、富Bi相以及两相形成的层片状共晶组织,稀土元素Y会在Bi中固溶、富集;稀土Y对Sn-58Bi合金的熔点、熔程影响较小;Y的添加,降低了合金的润湿性能,但能提高焊料的硬度且在0.4%时焊料硬度达到最大值24.18HV;稀土Y能提高Sn-58Bi-xY/Cu焊点的剪切强度,在0.2%Y时Sn-58Bi-xY/Cu焊点剪切强度达53.55 MPa;Y能促进Sn-58Bi焊料与Cu在焊接过程中的反应并形成Cu6Sn5金属间化合物。
含铜网复合材料雷电流直接效应实验研究
肖尧, 李曙林, 尹俊杰, 姚学玲, 张先航
2018, 38(4): 109-114. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000194
[摘要](105) [HTML全文] (66) [PDF 765KB](5)
摘要:
为了研究铜网防护层对复合材料的雷击防护效果,采用两种不同雷电流波形,对不同尺寸含铜网(0.25 mm厚)与无铜网防护复合材料试件进行模拟雷电流冲击实验,通过目视损伤观察、光学显微镜放大、超声损伤扫描,对比分析复合材料的雷击损伤程度及特征。结果表明:雷电流波形1,峰值电流分别为50 kA和80 kA时,Type 1(150 mm × 100 mm)型试件无铜网防护下复合材料的雷击损伤面积和深度分别为1785 mm2,0.63 mm和3041 mm2,0.96 mm,而含铜网防护试件基本无损伤;雷电流波形2,峰值电流为40 kA时,Type 2(250 mm × 45 mm)型试件无铜网防护下的雷击损伤面积和深度分别为2156.75 mm2,0.36 mm,而含铜网防护试件损伤面积小于100 mm2,里层还未损伤;0.25 mm铜网能够承受的最大雷电流强度存在一个门槛值,该门槛值可用作用积分来表示,雷击防护效果与试件尺寸无关,仅与作用积分有关,其对应作用积分门槛值约为85218 A2·s。
MT300/603复合材料工艺仿真与缺陷控制
李桂洋, 赵光辉, 韩志昌, 郭鸿俊, 李艳霞, 张霄楠
2018, 38(4): 115-122. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000002
[摘要](253) [HTML全文] (152) [PDF 1064KB](15)
摘要:
从热传导/固化反应和树脂流动/纤维密实两方面对MT300/603复合材料热压罐成型工艺进行仿真分析,研究固化温度、保温时间、加压时机及成型压力对先进网格结构纤维体积含量与内部质量的影响规律,建立工艺改进与缺陷控制措施。通过ϕ1 m网格试件无损检测及轴压破坏实验验证,结果表明:提高成型压力、强化预压实等工艺优化与缺陷控制措施有效,试件的内部质量及承载能力明显提高。
Ti-6Al-4V/ELI钛合金250 ℃裂纹扩展性能
吕志阳, 熊峻江, 赵延广, 马少俊
2018, 38(4): 123-129. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000155
[摘要](151) [HTML全文] (66) [PDF 1127KB](6)
摘要:
高温环境下裂纹扩展性能是进行航空金属结构损伤容限设计的重要依据。本工作测定典型航空钛合金Ti-6Al-4V/ELI在两种温度(25 ℃和250 ℃)、三种应力比(0.06,0.5,–1)下的裂纹扩展性能;采用割线法处理实验数据,获得材料的裂纹扩展速率da/dNK曲线和da/dNK-R曲面,进行裂纹扩展性能对比分析;通过疲劳断口SEM分析高温和载荷联合作用对裂纹扩展性能的影响机理。结果表明:在相同的应力强度因子变程ΔK下,疲劳裂纹扩展速率da/dN随着应力比R的增加而变快;Ti-6Al-4V/ELI的高温断口表面可见氧化产物和大量二次裂纹,温度升高导致材料裂纹扩展过程逐渐由解理断裂向准解理断裂转变;氧化产物的加速作用和二次裂纹分支的减速作用共同影响材料的裂纹扩展性能,应力比R为0.5或0.06时,氧化加速和分支减速作用基本相抵,裂纹扩展受温度变化影响并不明显,拉压加载下应力比为R为–1时,二次裂纹受温度与载荷的充分影响密集萌生并深化,使得Ti-6Al-4V/ELI在高温环境下裂纹扩展速率慢于室温下扩展速率。
先进铝锂合金层板疲劳裂纹扩展分层行为
黄啸, 黄颐, 刘建中
2018, 38(4): 130-136. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000050
[摘要](138) [HTML全文] (63) [PDF 839KB](8)
摘要:
纤维金属层板的分层形状和尺寸对于研究其疲劳裂纹扩展行为具有至关重要的作用。为了研究一种先进铝锂合金层板在疲劳裂纹扩展过程中的分层行为,本研究通过有限元分析获得试样表面应变接近于0区域的尺寸与实际分层区域尺寸的计算关系式,将数字图像关联技术(DIC)实时获取的试样表面应变数据与实际分层结果进行关联,并通过不同铺层结构、切口尺寸、裂纹长度下的分层尺寸数据对该方法进行验证,实现先进铝锂合金层板疲劳裂纹扩展实验中分层行为的实时监测。结果表明,该方法具有优异的适用性、经济性和数据一致性。
碳纤维增强复合材料层间断裂韧度
谢宗蕻, 蔡书杰, 郭奇, 李想
2018, 38(4): 137-142. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000189
[摘要](203) [HTML全文] (101) [PDF 705KB](12)
摘要:
采用双悬臂梁(double cantilever beam,DCB)和端部缺口弯曲(end notch bending,ENF)实验方法,对T300/CYCOM 970复合材料的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧度进行研究。通过体式显微镜及CCD摄像机对裂纹尖端位置做连续记录,观察损伤起始和演变,并对观察到的基体开裂、分层扩展等现象进行分析,研究层间断裂的特点,计算得出材料Ⅰ型断裂韧度GIC和Ⅱ型层间断裂韧度GⅡC,并通过实验对比分析热压罐固化和热补仪固化对复合材料断裂韧度的影响。结果表明:Ⅰ型断裂韧度实验中产生的裂纹扩展过程并不非常稳定,载荷随着位移以及裂纹长度的增加出现上下波动;Ⅱ型断裂韧度实验中产生的裂纹最初随着位移增加并不扩展且载荷线性增长,当载荷接近临界载荷Pc时,裂纹沿层间迅速不稳定扩展,载荷急剧下降;采用热压罐固化比采用热补仪固化Ⅰ型断裂韧度高43%,Ⅱ型断裂韧度高19%。
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